ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Процессы сжижения воздуха из "Производство кислорода" Во всех промышленных воздухоразделительных установках различные методы получения жидкого воздуха сочетаются с разделением его на кислород и азот с выделением в некоторых случаях и инертных газов. [c.15] Сжижение воздуха и его разделение путем ректификации представляют собой процессы, включающие тепло- и массообмен, испарение и конденсацию, расширение и сжатие газов и жидкостей. Для осуществления этих процессов используют различные машины и аппараты. Все эти процессы связаны основными общими закономерностями, которые могут быть изучены термодинамическими методами. Использование диаграмм и графиков для наглядного изображения разбираемых процессов и проведения необходимых расчетов значительно облегчает эту задачу. [c.15] Ниже рассмотрены теоретические основы сжижения воздуха и разделения его на кислород, азот и инертные газы. [c.15] Идеальные процессы сжижения газов. [c.15] Явления, происходящие при переходе любого реального газа, в частности воздуха, в жидкое состояние, наиболее наглядно могут быть представлены посредством диаграммы состояния. [c.15] вещество достигает состояния, при котором начинается его конденсация. Наряду с паром в объеме появляется некоторое количество жидкости, резко отличающейся от пара по своей плотности. При дальнейшем отводе тепла все большее количество пара переходит в жидкость температура при этом остается неизменной. Наконец, все вещество перейдет в жидкость, находящуюся при температуре кипения. Это состояние соответствует точке 6, находящейся на пограничной кривой жидкости О—6, разделяющей области влажного пара и жидкости. Наверху область жидкости ограничена изотермой критической температуры Т р. [c.16] Продолжая отвод тепла от жидкости при том же давлении, получим жидкость, охлажденную ниже температуры кипения (процесс 6—6 ). [c.17] Сжижение газа может быть осуществлено и при давлении, превышающем давление окружающей среды. Если это давление равно, например, рг, то процесс сжижения 2—7—8 будет протекать аналогично описанному выше. Разница заключается в том, что конденсация газа начинается и проходит при более высокой температуре T Tz, так как у сжиженных газов, подобно другим жидкостям, температура кипения (и соответственно конденсации) повышается с увеличением давления. [c.17] Количество тепла, которое необходимо отвести от пара в процессе конденсации 7—5, равное разности энтальпий — 8, будет меньше, чем в процессе 5—6. Если сжижать газ при еще более высоком давлении, то температура его конденсации поднимется еще выше, а отводимая теплота конденсации уменьшится. Наконец, при давлении, равном критическому ркр, теплота конденсации сделается равной нулю и газ будет переходить в жидкость при критической температуре без постепенной конденсации, так как точки начала и конца конденсации совпадут. [c.17] При давлении, превышающем критическое, процесс перехода газа в жидкость также происходит при Гкр. Например, в процессе сжатия газа от начальной точки 3 при давлении рз переход его в жидкость произойдет в точке 9 без постепенной конденсации. При этом не наблюдается резкого скачка в плотности между жидкостью и газом. [c.17] Если сравнить три рассмотренных изобарных процесса сжижения газа (при давлении ро, при давлении Рг Ррк и при давлении Рз р), то можно заметить, что первый процесс принципиально отличается от двух других. Действительно, в первом случае сжижение достигается голько путем отвода тепла от газа при постоянно понижающейся температуре в остальных случаях, кроме охлаждения производилось еше предварительное изотермическое сжатие газа до давления рг или рз с отводом тепла в процессе сжатия при температуре То. [c.17] В первом случае для сжижения газа необходимо холодильное устройство, требующее для своей работы затраты энергии. Такой процесс сжижения находит применение в лабораторных установках. В третьем случае вся энергия, необходимая для сжижения, затрачивается только на сжатие. Чтобы осуществить процесс сжижения таким путем, необходимы давления, не применяемые в технике. Например, для сжижения воздуха этим способом требуется давление около 450 ООО ата. Во втором случае сжижение осуществляется за счет работы холодильного устройства, а также сжатия газа. [c.18] Используемые в технике процессы сжижения газов основаны на одновременном применении холодильных устройств и предварительного сжатия. Холодильный процесс в них осуществляется главным образом путем использования части самого сжижаемого газа для циркуляции в качестве хладоагента. В некоторых случаях используют вспомогательные холодильные установки с аммиаком, фреоном, метаном и другими хладоагентами. [c.18] При проведении процессов сжатия и теплообмена без потерь (обратимо) суммарная работа во всех трех случаях должна быть одинаковой, так как начальные и конечные параметры процесса совпадают. Эта работа является теоретически минимальной, необходимой для сжижения. [c.18] Знать величину минимальной работы сжижения так же, как и величину выведенной выше минимальной работы разделения необходимо для того, чтобы путем сравнения с ними оценивать совершенство реальных технических процессов. [c.18] Исходным материалом для кислородного производства служит атмосферный воздух, являющийся одновременно той окружающей средой, внутри которой происходят все рассматриваемые нами процессы . [c.19] Такой результат независимо от вида процесса может быть получен только в идеальном случае, когда процесс обратим, т. е. протекает без потерь. В реальных технических процессах часть энергии расходуется на компенсацию потерь Однако для определения совершенства процессов надо знать минимальную работу, необходимую для их проведения. [c.19] Подсчет минимальной работы обратимого разделения воздуха в изотермических условиях был приведен выше. Здесь дается более удобный метод подсчета, пригодный для любого непрерывного стационарного процесса изменения состояния. [c.19] Все процессы в воздухоразделительных аппаратах за очень небольшими исключениями являются непрерывными и стационарными. Последнее означает, что в любой точке процесса его показатели не меняются с течением времени. [c.19] Отличие непрерывных стационарных процессов от периодических видно из табл. 2. Неизменность показателей процесса в каждой его точке значительно облегчает расчет установок и управление ими. [c.19] Вернуться к основной статье